JP2005175976A

JP2005175976A - 多層フォトダイオードを有する撮像素子を用いた撮像装置のオートフォーカスシステム

Info

Publication number: JP2005175976A
Application number: JP2003414049A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Fukuda; 強福田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラの深さ方向で異なる位置になるフォトダイオードの全てに最適な合焦位置を検出することが可能な撮像装置のオートフォーカスシステムを提供する。
【解決手段】１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子の深さ方向のすべての層のフォトダイオードの光電変換された値を深さ方向のすべての層の信号を合算した信号で評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子スチルカメラ等の合焦検出装置に関するものであり、特に、１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラ等の合焦装置の改良に関する。

２次元の撮像装置を有する電子スチルカメラ等では、被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる方式が採用されている。

この場合の鮮鋭度の評価とは、一般にバンドパスフィルターにより抽出された映像信号の高周波成分の強度、あるいは微分回路などで抽出された映像信号のボケ幅検出強度などを使用する。通常の被写体を撮影した場合、これらの高周波成分の強度や、ボケ幅検出強度は、ピントがボケている状態では小さく、ピントが合うにつれて大きくなり、完全にピントの合った状態で最大値に達する。レンズは鮮鋭度が最大となる位置を探し停止させる（特許文献1参照）。
特開２００３−２５５２１６号公報

しかしながら、一方、１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラ等で前記鮮鋭度が最大となる位置を検出して合焦位置を検出するには、深さの違う複数のフォトダイオードでそれぞれ違う色の成分を検出する仕組みになっているが、このような構造のために、深さ方向で存在するそれぞれのフォトダイオードの検出するピント位置が異なってしまう。

また、深さ方向の異なるフォトダイオードの出力はそれぞれ強度に差が存在するために、正確に合焦位置を演算することが不可能となる。

本発明は、上述の問題点に鑑みて成されたもので、１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラの深さ方向で異なる位置になるフォトダイオードの全てに最適な合焦位置を検出することが可能な撮像装置のオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向において複数備える撮像素子と、前記撮像素子の被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる合焦システムとを有する撮像装置のオートフォーカスシステムにおいて、鮮鋭度検出領域において、鮮鋭度を検出するために、前記深さ方向で複数存在するフォトダイオードのすべての層のフォトダイオードの出力値を評価することを特徴とする。

本発明によれば、１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラの合焦装置において、鮮鋭度を検出するために、深さ方向の異なる全てのフォトダイオードの出力値を合算して評価することで、合焦位置を検出するので、合焦検出の信号が大きなものとなると同時に、深さ方向で異なるフォトダイオードに中庸なる合焦位置を抽出し、深さ方で異なる位置になるフォトダイオードの全てに最適な合焦位置を検出することができる。

発明の最良の実施形態

以下に本発明の実施例について説明する。

以下に、本発明の第１の実施例を図１〜図４に基づき説明する。

図１は本発明を実施した電子カメラの回路ブロック図である。２は撮影のためのレンズ装置、３は１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子で、本実施例においては、１画素当たりで深さ方向の浅い部分から青、緑、赤に感度を持つ３層のフォトダイオードを持つものである。

４は、撮像素子３に結像され光電変換された電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置で、撮像素子３の青、緑、赤のそれぞれのフォトダイオードからの出力にそれぞれ対応した３個のＡ／Ｄ変換装置を持つものである。

５は、Ａ／Ｄ変換された画像信号を一時的に記録するメモリ装置で、上記３個のＡ／Ｄ変換装置４に対応し、３個のメモリー装置を持つものである。６はメモリに蓄えられた画像信号を処理する信号処理回路、７は信号処理回路６で処理された画像信号を一時的に記憶するメモリー装置、８は信号処理回路６から焦点検出のための信号を受け取り、画面の鮮鋭度を検出し合焦状態を判別する焦点演算回路で、ここではバンドパスフィルターで抽出した画像の高周波成分を評価する。

９はカメラ１全体の制御をつかさどる制御装置で撮像素子の画像の読み出しや、Ａ／Ｄ変換、メモリーへの記録、信号処理回路の制御等のすべてをつかさどる。

１０は焦点演算回路８で判定された合焦状態の結果に基づきレンズ２を合焦状態へと制御するレンズ制御装置である。１１はレンズ制御装置９からの信号を受けて、レンズ装置２の駆動をするモーターを含むレンズ駆動装置である。１２は信号処理回路６で作られた画像を受け取り記録装置１３に記録することをつかさどる画像記録用制御装置である。１３は最終的な画像を記録する記録装置である。

撮像素子３は図２に示す通り、１画素相当の部分で高さ方向にフォトダイオードを複数備えており、この実施例では、３層のフォトダイオードを有するものである。３１はグリーン成分を検出するフォトダイオードの層、３２はブルーの成分を検出するフォトダイオードの層、３３はレッドの成分を検出するフォトダイオードの層である。

以上の構成でカメラの作動について説明する。

Ｓ１でＡＦの開始が指示される。通常図示しないレリーズボタンが半押しでオンするＳＷ１と、レリーズのタイミングを発生する全押し状態のＳＷ２があるが、撮影者はまずＡＦのトリガーのためにＳＷ１をオンする（Ｓ２）。

ＳＷ１を押したら（オン状態）、カメラの制御装置９は撮像の開始を指示する（Ｓ３）。

そして、撮像素子３はレンズ２を通して集光される被写体像をフォトダイオード３２で取り込み、取り込んだ光線を光電変換する。光電変換された画像信号は制御装置８の指示でＡ／Ｄ変換され（Ｓ５）、メモリー５に順次格納され（Ｓ６）、信号処理回路６では焦点演算に必要な信号を焦点演算回路８に入力する（Ｓ７）。

この際、焦点演算回路８には撮像素子３が持つ深さ方向の違う３個の信号のうちのすべての層の画像信号を受け取る（Ｓ４）。

焦点演算回路８では、受け取った信号を焦点演算回路内８のバンドパスフィルターを通し高周波成分を取り出し（Ｓ８）、高周波成分の鮮鋭度を評価する（Ｓ９）。制御装置９は次にレンズ制御装置１０にレンズの駆動を指示する（Ｓ１０）。レンズの駆動方向は至近方向、無限方向のどちらでも良い。

レンズ制御装置１０の指示に従いレンズ駆動装置１１はレンズ２を動かす（Ｓ１１）。

レンズ２の駆動が終了したら、制御装置９の指示に従い撮像素子３は再度撮像を行う（Ｓ３）。

撮像が終了したら、再度上記と同様に画像の鮮鋭度を再評価する（Ｓ４〜Ｓ１０）。

再評価の結果、画像の鮮鋭度が上がっていたら、レンズを再度同方向に駆動し（Ｓ１１）、再評価の結果、画像の鮮鋭度が下がっていたら、レンズを前回と逆方向に駆動する（Ｓ１１）。この処理を繰り返し、鮮鋭度がピークとなる位置を探し出しオートフォーカス動作は終了する。これは、所謂山登りＡＦの原理そのものである。

合焦に達すると、制御装置９は図示しないカメラの表示装置に合焦状態を表示し（Ｓ１２）、合焦に達すると、カメラは撮影者が図示しないレリーズ釦のＳＷ２をオンするのを待つ（Ｓ１３）。

ＳＷ２がオンされていないときはカメラは再度ＳＷ１を参照し（Ｓ１４）、もしＳＷ１がオフされていたらカメラはスタンバイに戻る（Ｓ１７）。

Ｓ１３でＳＷ２のオンが検知されたら、制御装置９はカメラに撮像を指示し、撮像素子３はレンズ２を通して集光される被写体像を取り込み、取り込んだ光線を光電変換する（Ｓ１６）。

光電変換された画像信号は制御装置８の指示でＡ／Ｄ変換され（Ｓ１８）、メモリー５に順次格納される（Ｓ１９）。

メモリー５に格納された画像信号は、信号処理回路６により画像処理されて（Ｓ２０）、メモリー装置７に格納される。

メモリー装置７に格納された画像信号は、画像記録用制御装置１２を経由して、記録装置１３に格納される（Ｓ２１）。

上記説明では、本発明の実施例では山登りＡＦを用いて説明したが、オートフォーカスの評価方法は他の方法でも良い。

したがって、この実施例１では、１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子の深さ方向のすべての層のフォトダイオードの光電変換された値を評価することが可能となる。

ここで、それぞれの層でのピンと位置の概念を説明する。

図４は１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子のそれぞれの層の鮮鋭度の関係を表し、横軸は距離、縦軸は鮮鋭度を表す。

図中ａ、b、cは、それぞれ１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子の深さ方向の違う３つのフォトダイオードで評価した鮮鋭度の違いである。この図より明らかなように、それぞれ光軸方向でレンズからの距離が違う３個のフォトダイオードでは鮮鋭度のピークの位置がずれている。

ところが、本実施例では鮮鋭度の評価には深さ方向のすべての層の信号を合算した信号を評価しているので、合算した信号は図４のｄとなる。図４から明らかな様に、すべての層の信号を合算して評価するので、信号のレベルは高くなり、かつ、すべての層に中庸な合焦結果を得ることが可能となる。

本発明に係る実施例１の電子カメラの回路ブロック図である。本発明に係る実施例１の撮像素子の１ピクセル分の断層概念図である。本発明に係る実施例１のフローチャートでカメラの動き方を表している。本発明に係る実施例１の１ピクセル当たりの各フォトダイオードの合焦検出状態を表す。

符号の説明

１電子カメラ
２レンズ装置
３撮像素子
４Ａ／Ｄ変換装置
５メモリー装置
６信号処理回路
７メモリー装置
８焦点演算回路
９制御装置
１０レンズ制御装置
１１レンズ駆動装置
１２画像記録用制御装置
１３記録装置

Claims

１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向において複数備える撮像素子と、前記撮像素子の被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる合焦システムとを有する撮像装置のオートフォーカスシステムにおいて、
鮮鋭度検出領域において、鮮鋭度を検出するために、前記深さ方向で複数存在するフォトダイオードのすべての層のフォトダイオードの出力値を評価することを特徴とした撮像装置のオートフォーカスシステム。